Desacoplamiento de las tasas de respiración y la abundancia en el procarioplancton marino
Los microbios que consumen la mayor parte del oxígeno y liberan la mayor parte del dióxido de carbono no son los dominantes en los océanos
Un nuevo estudio dirigido por investigadores del Laboratorio Bigelow de Ciencias Oceánicas sugiere que una pequeña fracción de microorganismos marinos son responsables de la mayor parte del consumo de oxígeno y la liberación de dióxido de carbono en el océano.
Este sorprendente descubrimiento provino de un nuevo método que proporciona una visión sin precedentes de estos organismos que ayudan a controlar el complejo intercambio de dióxido de carbono entre la atmósfera y el océano.
Trece investigadores del Laboratorio Bigelow, la Universidad de Viena, el Instituto Español de Oceanografía y la Universidad de Purdue fueron coautores del estudio que examinó los microbios marinos llamados procarioplancton, un vasto grupo de bacterias y arqueas que constituyen más del 90 por ciento de las células en el océano.
El equipo descubrió que menos del tres por ciento de las células de procarioplancton representaban hasta un tercio de todo el oxígeno consumido por el grupo.
"Esto tiene grandes implicaciones para nuestra comprensión de cómo funcionan los ciclos de carbono en el océano", dijo el coautor principal Jacob Munson-McGee, científico postdoctoral en el Laboratorio Bigelow. "Si estos procesos están dominados por una pequeña fracción de microbios, eso es un cambio importante de cómo pensamos actualmente en este fundamental proceso oceánico".
El procarioplancton usa materia orgánica para generar energía a través de un proceso llamado respiración celular, que consume oxígeno y libera dióxido de carbono. Para estimar cuánto respiran los microbios marinos, los investigadores suelen dividir la suma de su respiración por la cantidad de microbios.
Sin embargo, este enfoque no tiene en cuenta los tipos abrumadoramente diversos de organismos que componen el procarioplancton marino, cada uno de los cuales puede funcionar de manera diferente. El nuevo estudio arroja luz sobre algunas de estas diferencias y plantea nuevas preguntas.
Imagen: El impacto potencial de la fototrofia de la proteorrodopsina en la respiración del procarioplancton
"Vemos una diferencia de mil veces de un tipo de microbio a otro", dijo el científico investigador principal Ramunas Stepanauskas, quien dirigió el proyecto. "La parte confusa es que los microbios que consumen la mayor parte del oxígeno y liberan la mayor parte del dióxido de carbono no son los dominantes en los océanos. De alguna manera, los organismos que no respiran mucho tienen más éxito, y eso es bastante desconcertante".
El equipo cree que el procarioplancton más prolífico puede extraer energía de la luz solar, lo que ayudaría a explicar su abundancia en los ecosistemas de océano abierto.
Para comprender estos organismos unicelulares, el equipo desarrolló un nuevo método para vincular las funciones y los códigos genéticos de las células individuales. Los genes de un organismo son el modelo de lo que es capaz de hacer, no necesariamente de lo que hace. Al conectar las funciones y los genes de una célula, los investigadores obtuvieron información sobre las funciones ambientales únicas de los microbios.
El nuevo método utiliza sondas fluorescentes para observar qué está haciendo realmente el procarioplancton. Los investigadores aplicaron una sonda a los microbios que los tiñeron en función de su actividad. Cuanto más respiraban, más brillantes se volvían. Luego midieron esta señal fluorescente y la usaron para clasificar las células para su posterior análisis genético.
Para este estudio, los científicos aplicaron la técnica al procarioplancton del Golfo de Maine, así como a varios lugares en el Océano Atlántico, el Océano Pacífico y el Mar Mediterráneo.
"Cuando pienso en lo que puede hacer este nuevo método, es bastante emocionante", dijo la científica posdoctoral Melody Lindsay, quien ayudó a liderar el desarrollo de la técnica y es coautora principal del nuevo artículo. "Nos permite hacer preguntas detalladas a un nivel increíblemente sensible. Podemos usarlo para ver de qué son capaces los organismos unicelulares e incluso usarlo para explorar la vida en lugares poco estudiados como las profundidades del mar o potencialmente en otros planetas".
Hay miles de millones de células de procarioplancton en cada galón de agua de mar, lo que representa millones de especies en el océano que aún no se han estudiado a fondo. Esta investigación podría ayudar a potenciar los modelos informáticos que necesitan información precisa sobre el papel de los microorganismos en los procesos globales de carbono, incluido el cambio climático.
"Estoy constantemente asombrado por la diversidad de microbios", dijo Munson-McGee. "La comunidad científica ha sabido durante un tiempo que los microbios son increíblemente distintos genéticamente, pero apenas estamos comenzando a rascar la superficie de la comprensión de la complejidad de sus funciones reales. Es otro recordatorio de cuán notables son los microbios".
La investigación se ha publicado en Nature: Decoupling of respiration rates and abundance in marine prokaryoplankton
